熱係數

熱係數是衡量均勻工質特性的體膨脹係數、定溫壓縮係數、絕熱壓縮係數和相對壓力係數。

基本介紹

• 中文名：熱係數
• 套用學科：物理
• 適用領域範圍：物理
• 解釋：相對壓力係數

熱係數

①體膨脹係數(αv):定壓下體積隨溫度的相對變化率，即式中V、T、p分別代表體積、溫度和壓力；下角標p表示發生的過程是在定壓條件下進行的。對於固體和液體，αv只隨溫度和壓力發生些微的變化，因此當溫度變化不大時，αv可當作常數；對於理想氣體，αv=1/T。
② 定溫壓縮係數(K)：定溫下體積隨壓力的相對變化率，即式中"－"號表示體積將因壓力增大而縮小。對於固體和液體,K值隨溫度和壓力的變化甚小，因此可看作常數；對於理想氣體，K=1/p。
③ 絕熱壓縮係數(KS)：絕熱條件下體積隨壓力的相對變化率，即式中下角標"s"表示絕熱。一般地,KS≯K；水在4℃時，KS=K。
④ 相對壓力係數(αp):定容下壓力隨溫度的相對變化率，即對於理想氣體，αp=1/T。
各個熱係數間的關係是：

傳熱係數

傳熱係數以往稱總傳熱係數。國家現行標準規範統一定名為傳熱係數。傳熱係數K值，是指在穩定傳熱條件下，圍護結構兩側空氣溫差為1度（K或℃），單位時間通過單位面積傳遞的熱量，單位是瓦/（平方米·度）（W/㎡·K，此處K可用℃代替），反映了傳熱過程的強弱

s內其不僅和材料有關，還和具體的過程有關。

簡介

牆體的傳熱係數K是表征牆體(含所有構造層次)在穩定傳熱條件下，當其兩側空氣溫差為1K(1℃)時,單位時間內通過單位平方米牆體面積傳遞的熱量,單位為W/(M2.K)。即傳熱係數K是包含了牆體的所有構造層次和兩側空氣邊界層在內的。它表征了牆體保溫系統的熱工性能，有研究表明外牆傳熱係數的減少將明顯的降低建築能耗。

計算方法

對於空調工程上常採用的換熱器而言，如果不考慮其他附加熱阻，對於單層圍護結構傳熱係數K值可以按照如下計算：

K=1/(1/h1+δ/λ+1/h2) W/(㎡·°C)[2]

其中，h1，h2——圍護結構兩表面熱交換係數，W/(㎡·°C)；

δ——管壁厚度，m；

λ——管壁導熱係數，W/(m·°C)。

計算公式

1、圍護結構導熱熱阻的計算

單層結構熱阻 R=δ/λ(m2.K/w)

式中： δ—材料層厚度（m）；λ—材料導熱係數[W/(m.k)]；

多層結構熱阻 R=R1+R2+----Rn=δ1/λ1+δ2/λ2+----+δn/λn

式中: R1、R2、---Rn—各層材料熱阻（m2.k/w）；δ1、δ2、---δn—各層材料厚度（m）；λ1、λ2、---λn—各層材料導熱係數[W/(m.k)]；

2、圍護結構劈面對流換熱熱阻

內表面換熱阻：Ri=1/h1；

外表面換熱阻：Re=1/h2；

3、圍護結構的傳熱熱阻

R0=Ri+R+Re

式中: Ri —內表面換熱阻（m2.K/W）（一般取0.11）；Re—外表面換熱阻（m2.K/W）（一般取0.04）

R —圍護結構熱阻（m2.K/W）；

3、圍護結構傳熱係數計算

K=1/ R0(w/(m2.k))

式中: R0—圍護結構傳熱熱阻；

門窗傳熱係數計算

1、外牆受周邊熱橋影響條件下，其平均傳熱係數的計算

Km=(KpFp+Kb1Fb1+Kb2Fb2+ Kb3Fb3)/( Fp+ Fb1+Fb2+Fb3)

式中:Km—外牆的平均傳熱係數[W/（m2.k）]；

Kp—外牆主體部位傳熱係數[W/（m2.k）]；

Kb1、Kb2、Kb3—外牆周邊熱橋部位的傳熱係數[W/（m2.k）]；

Fp—外牆主體部位的面積；

Fb1、Fb2、Fb3—外牆周邊熱橋部位的面積；

2、鋁合金門窗的傳熱係數的計算

Uw=（Af*Uf+Ag*Ug+Lg*Ψg)/(Af+Ag)

式中:

Uw— 整窗的傳熱係數（ W/m2·K）；

Ug— 玻璃的傳熱係數（ W/m2·K）；

Ag— 玻璃的面積 m2；

Uf— 型材的傳熱係數（ W/m2·K）；

Af— 型材的面積 m2；

Lg— 玻璃的周長 m；

Ψg— 玻璃周邊的線性傳熱係數（ W/m2·K），現場檢測。

窗戶由框扇材料與玻璃系統組成 , 若假定玻璃及框扇的傳熱為嚴格的並聯關係 , 則窗戶的總熱絕緣係數R 為 :

R =1/〔1/(Fg+Ff)*(Fg/Rg0+Ff/Rf0)〕[3]

式中 :Rg0-玻璃系統對應的總熱絕緣係數(指所考慮對象內側空氣至外側空氣的熱絕緣係數)；

Rf0-框扇所對應的總熱絕緣係數(指所考慮對象內側空氣至外側空氣的熱絕緣係數)；

Fg-玻璃的面積；

Ff-窗框的面積 。

如果已知框扇所占的面積比率 ηf:

ηf=Ff/(Fg+Ff)

以所對應的傳熱係數 U 值來表示 , 得到簡單又實用的關係式 :

U =Ug+ηf*(Uf-Ug)

式中Ug-玻璃的傳熱係數；

Uf-窗框的傳熱係數。

現場檢測

目前,現場檢測牆體熱阻傳熱係數的方法主要有以下幾種：熱流計法和功率（行業內稱為熱箱法,為了保持統一方便交流,以下仍稱為熱箱法）、非穩態法，下面分別闡述。

熱流計法

熱流計法的基本思路是用熱流計測得通過被測牆體的熱流量,同時測得牆體兩側的溫度,就可以計算出被測牆體的熱阻和傳熱係數。

熱流計的測頭是根據熱電效應和溫度梯度的原理製成的。測頭內埋設有熱電堆，當有一定的熱流q垂直流過熱流計測頭時，在其基板兩面就有一定的溫差△T，這個溫度差使裝在基板內的熱電堆產生一定的電動勢。由於基板的厚度公和導熱係數一定,在穩定導熱的條件下,其熱流密度與測頭兩側的溫差△T成正比，也與產生的電動勢成正比。熱流計法最根本的要求是通過熱流計的熱流既是通過被測對象的熱流,並且這個熱流平行於溫度梯度方向,即通過熱流計的熱流為穩態一維傳導,不考慮向四周的擴散。這樣同時測出熱流計冷端溫度和熱端溫度,即可根據公式計算出被測對象的熱阻和傳熱係數

R=(T2-T1)/(E*C)

K=1/(Ri+R+Re)

式中K為傳熱係數[W/(m2.K)]；

E為熱流計讀數(mv)；

C為熱流計測頭係數[W/(m2.mv)]，熱流計出廠時已標定；

R為被測物的熱阻（m2.K/W）；

T1為被測物冷端表面溫度（℃）；

T2為被測物熱端表面溫度（℃）；

Ri為內表面換熱阻（m2.K/W）；

Re為外表面換熱阻（m2.K/W）。

如果受到現場條件限制如採用頁岩顆粒的防水卷材的屋頂不光滑,如果不進行處理就不能夠精確測得外表面溫度。有的用石膏、快硬水泥等先抹出一塊光滑的表面再貼溫度感測器測量溫度,這樣又會帶來附加熱阻,並且由其引起的誤差無法精確消除。在內外表面溫度不易測定時,可以利用百葉箱測得內外環境溫度、幾以及通過熱流計的熱流,可以根據公式計算出被測對象的傳熱阻和傳熱係數：

R0=(Ta-Tb)/(E*C)

K=1/R0

式中為R0被測物的傳熱阻（m2.K/W）；

式中其它符號同上。

熱箱法

現場檢測用的熱箱法一般是防護熱箱法。是將計量箱放置在一個溫度受到控制的空間內,控制計量箱內部溫度和室內空氣溫度保持一致,使得計量箱與外部環境之間沒有熱量交換，另一側為室外自然條件。維持熱箱內溫度高於室外溫度以上。這樣被測部位的熱流總是從室內向室外傳遞,形成了一維熱流。當熱箱內的加熱量與通過被測部位傳遞的熱量達到平衡時,計量箱的功率就是被測部位的傳熱量。記錄計量箱的發熱量和熱箱內、室外溫度,利用公式一計算就能得到被測部位的傳熱係數。

也有的採取雙箱體的方法,即在計量箱外再套一個防護箱,測試時保持計量箱和防護箱內溫度一致即可。

操作條件與方法：

1. 根據被測建築物的施工圖選取檢測部位，不應靠近梁、板、柱等熱橋處，被測房間門窗完好無損；
2. 將熱箱體與被測牆體部位緊密接觸，為達到密閉，通常在熱箱背面用撐竿頂牢；
3. 貼上固定溫度感測器。固定室外牆表溫度感測器，使其位於對應面熱箱的中心位置，緊貼牆表，用錫紙遮擋，避免日光直射。固定室外環境溫度感測器，使其位於對應面熱箱的中心位置，離開牆表10一20厘米的陰影下，並安裝防輻射罩，避免日光直射。固定室內空氣溫度感測器，使其位於被測房間中央，距牆面1.5米處，並安裝防輻射罩；
4. 將溫度感測器和熱箱連線到功率溫度檢測儀進行測量；
5. 放置熱箱的房間採用電暖氣加熱，使熱箱內與室內溫度差小於0.4℃，室內外溫度差應控制在℃以上，熱箱內溫度大於室外最高溫度10℃以上，若室外平均空氣溫度在8℃以上，則應使用冷箱；
6. 室外空氣相對濕度必須在60%以下，風力小於三級；
7. 宜在外牆保溫施工完工後，牆體達到乾燥狀態進行現場測試；
8. 用計算機設定控制溫度、採集數據的形式,設定記錄間隔時間及採集時間。採集儀自動記錄熱箱的耗電量、熱箱內溫度、室內溫度、室外溫度、牆體測試部位內外表面溫度、室外濕度等參數；
9. 檢測周期為72-96小時，溫度測量範圍-20-50℃，採集該周期內穩定以後不小於24小時的所有數據。

測量結束後由儀器自動計算出傳熱係數,也可由人工用EXCEL或金山電子表

格進行數據處理計算出被測部位的傳熱係數。

非穩態法

常功率平面熱源法是非穩態法中一種比較常用的方法,適用於建築材料和其它隔熱材料熱物理性的測試。其現場檢測的方法是在牆體內表面人為地加上一個合適的平面恆定熱源，對牆體進行一定時間的加熱,通過測定牆體內外表面的溫度回響辨識出牆體的傳熱係數,原理如圖所示。絕熱蓋板和牆體之間的加熱部分由5層材料組成,加熱板C1、C2和金屬板E1、E2對稱地各布置兩塊，控制絕熱層兩側溫度相等，以保證加熱板C1發出的熱量都流向牆體，E1板對牆體表面均勻加熱的作用。牆體內表面測溫熱電偶A和牆體外表面測溫熱電偶D記錄逐時溫度值。

1. 該系統用人工神經網路方法(Artificial Neural Network，簡稱ANN）仿真求解過程。分為以下幾個步驟
2. 該系統設計的牆體傳熱過程是非穩態的三維傳熱過程，這一過程受到牆體內側平面熱源的作用和室內外空氣溫度變化的影響，有針對性地編制非穩態導熱牆體的傳熱程式。建立牆體傳熱的求解模型，輸入多種邊界條件和初始條件，利用已編制的三維非穩態導熱牆體的傳熱程式進行求解，可以得到加熱後牆體的溫度場數據。
3. 將得到的溫度場數據和對應的邊界條件、初始條件共同構成樣本集對網路進行訓練。在該研究中由於實驗能測得的牆體溫度場數據只是牆體內外表面的溫度，因此將測試時間中的以下5個參數作為神經網路的輸入樣本：室內平均溫度、室外平均溫度、熱流密度、牆體內外表面溫度：將牆體的傳熱係數作為輸出樣本進行訓練。
4. 網路經過一定時間的訓練達到穩定狀態，將各溫度值和熱流密度值輸入，由網路即可映射出牆體的傳熱係數。

影響因素

傳熱係數是一個過程量，其大小取決於壁面兩側流體的物性、流速，固體表面的形狀、材料的導熱 係數等因素。在建築物熱損失計算中，是表征外圍護結構總傳熱性能的參數，其值取決於圍護結構所採用的材料、構造及其兩側的環境因素。傳熱係數愈大的圍護結構保溫效果愈差，如一般單層3mm厚玻璃的金屬窗傳熱係數為 6.4W/(mK)，370mm厚兩面抹灰的 磚牆傳熱係數為1.59W/(mK)。

K值愈大，傳熱過程進行得愈為強烈。傳熱係數不僅主要取決於熱、冷 流體的物理性質和各自的平均流 速，還與固體壁面的厚度及其材料 的導熱係數等許多因素有關，一般 都藉助於具體實驗並按傳熱方程式 計算確定，或通過計算傳熱過程的 單位面積總熱阻Rt而得到。